3 MATERIAIS E MÉTODOS
3.3 Procedimento Experimental
3.3.5 Análises Realizadas
Foram realizadas as seguintes análises:
• Análise da composição química em diferentes pontos no aço remanescente no
cadinho para verificar se ocorreu a completa homogeneização química entre o ferro
de alta pureza e as ligas, sem a agitação por gases. Com esse mesmo intuito, foram
realizadas impressões de Baumann;
• Oxigênio total, para ser usado como dado de entrada na simulação termodinâmica;
• Caracterização de inclusões para verificar as suas características físico-químicas
distribuição de fases, morfologia e tamanhos;
• Simulação termodinâmica, com efeito, de comparação com os resultados
experimentais na intenção de averiguar as condições de equilíbrio termodinâmico.
A seguir, estão descritos os procedimentos de preparação das amostras em função
dos tipos de análises a serem realizadas.
3.3.5.1 Homogeneidade Química do Aço
Para verificar a homogeneidade química do aço remanescente no cadinho foram
realizados dois tipos de análise:
• Análise química via espectrômetro de emissão ótica;
• Impressão de Baumann.
Essas análises foram realizadas na seção transversal do aço solidificado no cadinho,
na região central. A figura 24-a apresenta uma imagem da vista superior da amostra de aço
e em figura 24-b um desenho esquemático da região analisada.
(a)
(b)
Figura 24 (a) vista superior do aço solidificado no cadinho (b) seção transversal da amostra de aço,
indicando a área de análise.
Para a análise química via espectrômetro de emissão ótica, amostra foi cortada com
serra resfriada à água e posteriormente lixada com lixa de grana 120 e levada às análises.
Feito isso, a amostra foi submetida ao procedimento padrão de preparo, ataque e revelação
da impressão de Baumann.
3.3.5.2 Oxigênio Total
Foi utilizado para as análises de oxigênio um determinador simultâneo de oxigênio
e nitrogênio localizado no laboratório da Aços Especiais Piratini. O oxigênio é medido pela
detecção de radiações na região do infravermelho, enquanto que o nitrogênio é detectado
A
A
A
A
pela condutividade térmica. O oxigênio da amostra é convertido em dióxido de carbono e
analisado nesta forma.
A seguir, será descrita a metodologia de preparação das amostras e análise. Cada
corpo de prova retirado da amostra, representado pela seção AA na figura 24-b, foi limado
de maneira a remover as camadas de óxidos e outros possíveis contaminantes. A limagem
deve ser iniciada com uma lima grossa e posteriormente com uma lima fina. Durante a
limagem deve-se ter o cuidado para não aquecer o CP, para diminuir a velocidade de
reação desse com o oxigênio atmosférico, assim o CP deve ser constantemente banhado
com acetona durante a limagem. Outro cuidado importante é a manipulação que deve ser
feita usando uma pinça. O CP é então cortado, por cisalhamento em pequenos pedaços,
aproximadamente 0,5 g, que são então analisados no analisador de oxigênio.
3.3.5.3 Caracterização de Inclusões
O MEV/EDS foi empregado para análise das inclusões. Foram realizadas análises
percentuais de composição química via MEV/EDS e mapas de distribuição química
elementar. Para isso foram utilizados dois aparelhos de diferentes fabricantes, abaixo
citados:
• Marca Philips, modelo XL 20 com EDS acoplado de marca EDAX, localizado no
Laboratório de Metalurgia Física (LAMEF) desta universidade;
• Marca JEOL modelo JSM 5800, com EDS acoplado, localizado no Centro de
Microscopia Eletrônica (CME) desta universidade;
Os parâmetros de análise no EDS, tanto pontual como para o mapeamento químico,
foram baseados nas recomendações da norma ASTM E 2142-01 e são a seguir listados:
• Ângulo entre a superfície e o feixe de elétrons de 90° para evitar erros nas medidas
do diâmetro das inclusões;
• Voltagem para aceleração de elétrons entre 15 e 20 kV;
• Tempo de contagem de 100 s;
• Dead time abaixo de 40%.
O método usado na preparação dos corpos de prova (CP), para as análises no
MEV/EDS é descrito a seguir.
Para cada teste, foram analisadas as amostras retiradas do aço líquido e uma
amostra retirada do aço remanescente no cadinho, na mesma seção onde foram realizadas
as análise químicas e a impressão de Baumann.
A preparação das amostras seguiu a seguinte rotina: após o corte, os corpos de
prova foram submetidos a um processo metalográfico convencional. Foram usadas lixas de
80, 100, 220, 320, 400, 600, 1000 e 1200 mesh, nesta ordem e posteriormente, para o
polimento, foi utilizado pasta de diamante de 4 μm e 1 μm, nesta ordem. A figura 25-a
mostra uma imagem da seção de uma parte do pino, já polida. Na figura 25-b pode-se
observar uma amostra, já polida, do aço solidificado no cadinho.
(a) (b)
Figura 25 (a) amostra de aço do pino, (b) amostra retirada do aço remanescente no cadinho.
A superfície para análise da amostra foi “varrida” de modo a localizar todas as
inclusões dessa seção. Foram realizadas análises químicas pontuais em todas as inclusões
localizadas e nas mais características foram registradas na forma de imagem e mapeamento
químico. As amostras coletadas do aço líquido tiveram uma área analisada de
aproximadamente 80 mm
2
, ao passo que as amostras retiradas do aço que solidificou no
cadinho teve uma área analisada de aproximadamente 100 mm
2
. O número de inclusões
oxidas analisadas em cada amostra giram em torno de 20. É importante frisar que são
analisadas neste trabalho apenas inclusões óxidas, portanto os sulfetos não foram
considerados para efeito de análise.
O software do EDS apresenta os resultados, de forma elementar e não na forma do
composto analisado. Assim torna-se necessário converter estes elementos para os óxidos
termodinamicamente mais estáveis. Para isto foi utilizada uma planilha eletrônica
programada para conversão estequiométrica. Com essa planilha foi realizado, através de
um cálculo estequiométrico, a conversão da percentagem em massa do elemento para a
percentagem em massa do seu respectivo óxido.
De posse dos resultados de conversão para óxidos, realiza-se a seleção do diagrama
ternário ou pseudoternário mais apropriado para o sistema no qual estes se enquadram e
então feita mais uma conversão, esta para obter a percentagem em massa de cada óxido na
inclusão em relação ao somatório de todos os óxidos.
3.3.5.4 Simulação do equilíbrio aço/inclusões
Atualmente existem, no mercado, diversos softwares de simulação termodinâmica
capaz de fazer estimativas precisas e em curtos espaços de tempo. O software utilizado
para as simulações termodinâmicas deste trabalho foi o FactSage. Neste tópico serão
descritos os bancos de dados. Uma descrição detalhada dos módulos que compõem o
software, bem como da simulação do equilíbrio aço/inclusões, pode ser encontrado no
Apêndice C do trabalho de Bielefeldt (2005).
Bancos de dados
No FactSage são disponibilizados dois tipos de bancos de dados termoquímicos:
a. Bancos de dados de constituintes.
- Incluem dados para ΔH (formação), entropia, Cp(T), coeficientes magnéticos, volumes
molares, expansividades (T) e compressibilidades (P,T).
b. Bancos de dados de soluções:
- Para ligas, soluções aquosas, cerâmicas, sais, mates, escórias etc.
- O FactSage é capaz de utilizar 14 diferentes modelos de soluções.
Os bancos de dados termoquímicos utilizados foram:
a. FACT-FeLQ - Ferro líquido que incorpora o conceito de associado (In-Ho Jung
(2004a)), com os seguintes elementos: Fe, Al, C, Ca, Cr, Mn, Mo, N, Ni, O, P, S, Si,
Mg. DATABASES FACT (2005).
b. FACT-SLAGA - Foram utilizados os seguintes constituintes: MgO, FeO, MnO, SiO
2
,
CaO, Al
2
O
3
, MgS, CaS, FeS, MnS. DATABASES FACT (2005).
Para efeito de simulação termodinâmica foram usados os dados da última amostra.
Como dados de entrada para os cálculos foram usados os resultados das análises químicas
do aço, obtidos através do espectrômetro de emissão ótica, oxigênio total e temperatura
medida no histórico de temperatura do forno.
